DE19800828A1

DE19800828A1 - Injection compression apparatus and process for producing plastic components with openings

Info

Publication number: DE19800828A1
Application number: DE1998100828
Authority: DE
Inventors: Carsten Brockmann
Original assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Current assignee: Vereinigung zur Foerderung des Instituts fuer Kunststoffverarbeitung in Industrie und Handwerk an Der Rhein
Priority date: 1998-01-13
Filing date: 1998-01-13
Publication date: 1999-07-15

Abstract

Weld seams around forming pins are avoided by partially filling the cavity of an injection mold with melt which flows over the top of and around the pins. In a following compression stage the pins are forced through the melt as it fills the cavity and enter the opposing cavity wall against push-back pins. Preferred Features: In a variation of the method the cavity may be completely filled by injection and in the compression stage the pins penetrate through the melt and enter the opposing tool wall. Purged melt is forced either into the sprue or a secondary cavity or use is made of volumetric shrinkage of the polymer. The opening-forming pins are fixed to the one tool half and extend a distance, which is greater than the component thickness, into the mold cavity during melt injection. Alternatively the pins are mechanically, hydraulically, electrically or pneumatically operated and are initially flush with the molding cavity wall. Cutting edges on the pins enable them to cut through already solidified polymer.

Description

field of use

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method and devices according to the preamble of claim 1.

State of the art

Die Herstellung von Kunststofformteilen mit Durchbrüchen erfolgt heute im allgemei nen durch Spritzgießen. Dabei werden die Stifte oder Stege, die die Durchbrüche bilden, von der Schmelze umströmt, so daß Bindenähte entstehen. Bindenähte stellen jedoch mechanische und optische Schwachstellen dar. Die Vermeidung ist bis heute nur möglich, wenn die Durchbrüche durch einen nachgeschalteten Arbeitsschritt (Bohren, Fräsen, Stanzen) hergestellt werden.The production of molded plastic parts with openings is generally carried out today by injection molding. In doing so, the pins or webs that make up the breakthroughs form, flows around the melt, so that weld lines are formed. Make weld lines however mechanical and optical weak points represent. The avoidance is to this day only possible if the breakthroughs through a subsequent work step (Drilling, milling, punching).

Die Spritzprägetechnik - im folgenden SPT genannt - ist ein Sonderverfahren des Spritzgießens /1/. Bei diesem Verfahren erfolgt zunächst eine Teilfüllung der Kavität durch Einspritzen der genau vordosierten Kunststoffschmelze. Dabei ist das Werkzeug um den Prägespalt s_p geöffnet (Fig. 1). Danach erfolgt die vollständige Ausformung des Formteils durch das Zufahren des Werkzeuges. Durch diese Kombination von Elementen aus dem Spritzgieß- und dem Preßverfahren entstehen Formteile, die sich u. a. durch hohe Maßhaltigkeit und hervorragende mechanische Eigenschaften aus-. zeichnen /2, 3/.Injection stamping technology - hereinafter referred to as SPT - is a special method of injection molding / 1 /. In this method, the cavity is first partially filled by injecting the precisely pre-metered plastic melt. The tool is open around the embossing gap s _p ( FIG. 1). Then the molded part is completely shaped by closing the mold. This combination of elements from the injection molding and pressing process creates molded parts that are characterized, among other things, by high dimensional accuracy and excellent mechanical properties. draw / 2, 3 /.

Fig. 1: Process flow in the injection molding technique

Damit während der Prägephase kein unnötiger Schmelzeaustritt aus der Werkzeug trennebene erfolgt, ist es erforderlich, das Werkzeug mit Tauchkanten zu versehen. Der Zeitraum zwischen Einspritz- und Prägephase wird Prägeverzögerungszeit ge nannt. Dieser Fertigungsparameter sollte so klein wie möglich gewählt werden, um ein zu starkes Abkühlen der Schmelze zu verhindern /4/.So that no unnecessary melt escapes from the tool during the embossing phase separating plane, it is necessary to provide the tool with plunge edges. The period between the injection and embossing phase is called the embossing delay time called. This manufacturing parameter should be chosen to be as small as possible to prevent excessive cooling of the melt / 4 /.

Aufgrund des speziellen Verfahrensablaufes und der positiven Formteileigenschaften hat das Spritzprägeverfahren in der Duroplast- und Elastomerverarbeitung bereits beträchtliche technische Bedeutung erlangt /5, 6/. Im Bereich der Thermoplastver arbeitung wurde diese Technologie bisher vorwiegend bei der Herstellung dickwandi ger Formteile mit hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit eingesetzt (z. B. für optische Linsen). Doch auch technische Formteile mit großen Abmessungen und geringen Wanddicken (z. B. Membranen für Mikrofone und Lautsprecher) können mit Hilfe der SPT hergestellt werden /7-9/. Due to the special process sequence and the positive molded part properties already has the injection molding process in thermoset and elastomer processing has considerable technical importance / 5, 6 /. In the field of thermoplastic So far, this technology has mainly been used in the manufacture of thick-walled products molded parts with high dimensional accuracy requirements (e.g. for optical lenses). But also technical molded parts with large dimensions and low wall thicknesses (e.g. membranes for microphones and loudspeakers) can be used Help the SPT be made / 7-9 /.

Bekannt sind weiterhin Anwendungen der SPT zur Herstellung von Polycarbonat platten wie sie bei der Herstellung von Compact Disks Einsatz finden /10/. Die Aus wirkungen der unterschiedlichen Verfahrensabläufe beim Spritzgießen und Spritz prägen auf Orientierungsausbildung und Schwindung sind in den Arbeiten von /11, 12/ dokumentiert.Applications of SPT for the production of polycarbonate are also known plates as used in the production of compact discs / 10 /. The out effects of different processes in injection molding and injection shape on orientation training and shrinkage are in the work of / 11, 12 / documented.

In der industriellen Praxis kann das Spritzprägeverfahren entsprechend dem speziellen Anwendungsfall variiert werden. So startet die Prägebewegung beim Simultanprägen z. B. schon während des Einspritzvorganges. Außerdem kann die Ausführung der Prägebewegung teilweise durch bewegliche Werkzeugeinsätze erfolgen, die auf Teilflächen oder die gesamte Querschnittsfläche wirken. Zudem wird in bestimmten Fällen eine vollständige Füllung der Werkzeugkavität zum Ausgleich der Volumen schwindung praktiziert /1, 6, 7/.In industrial practice, the injection molding process can be carried out according to the special Use case can be varied. This is how the embossing movement starts with simultaneous embossing e.g. B. already during the injection process. In addition, the execution of the Embossing movement is done in part by moving tool inserts on Partial areas or the entire cross-sectional area act. In addition, in certain Complete filling of the tool cavity to compensate for the volume shrinkage practiced / 1, 6, 7 /.

Disadvantages of the prior art

Probleme entstehen beim Stand der Technik im wesentlichen dann, wenn z. B. die Formteile mit mehreren Durchbrüchen versehen sein sollen und Bindenähte in Hinblick auf die optischen und/oder mechanischen Formteilanforderungen nicht tolerierbar sind.Problems arise in the prior art essentially when z. B. the Molded parts should be provided with several openings and weld lines in view on the optical and / or mechanical molded part requirements are not tolerable.

Conventional injection molding

In der Kunststoffverarbeitung hat sich in der Vergangenheit das Spritzgießen als wirt schaftliches Fertigungsverfahren bewährt. Der wesentliche Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Herstellbarkeit komplexer Bauteilgeometrien in einem Produktionsschritt bei geringem Energieaufwand. Auch Formteile mit Durchbrüchen sind mit diesem Verfah ren herstellbar. Dazu befinden sich Kerne in der Kavität, die während des Formteilfüll vorgangs umströmt werden und so die Durchbrüche ausbilden. Probleme treten dann auf, wenn an den Durchbrüchen aufgrund des verwendeten Materials oder der Pro zeßparameter Bindenähte in der Art entstehen, daß sie optische oder mechanische Schwachstellen am Formteil darstellen. Speziell wenn sich im Formteil mehrere Durchbrüche befinden, sind diese Bindnähte mit vertretbarem Aufwand nicht zu vermeiden.In the past, injection molding has served as a host in plastics processing proven manufacturing process. The main advantage of this procedure lies in the manufacturability of complex component geometries in one production step low energy consumption. Molded parts with openings are also possible with this procedure can be produced. For this purpose, there are cores in the cavity, which are filled during the molding process flow around the process and thus form the breakthroughs. Problems then arise on if the breakthroughs due to the material used or the pro zeßparameter weld lines arise in such a way that they optical or mechanical Show weak points on the molded part. Especially if there are several in the molded part Breakthroughs are, these seams are not too reasonable effort avoid.

Post-processing of the molded part

Die Nachbearbeitung des fertigen Formteils mittels Bohren, Stanzen oder Fräsen stellt einen zusätzlichen Arbeitsschritt dar, der zu einer komplexeren Fertigung führt. Neben dem finanziellen Mehraufwand kann die Ausschußquote steigen und Probleme wie Transport und Zwischenlagerung müssen gelöst werden.Post-processing of the finished molded part by drilling, punching or milling is an additional step that leads to more complex manufacturing. Next The additional costs can increase the reject rate and problems such as Transport and intermediate storage must be solved.

SPT with conventional tool technology

Aufgrund der für das Spritzprägen notwendigen Tauchkanten sind gegenüber dem Spritzgießen aufwendigere Werkzeuge notwendig. Dies hat zum einen einen höheren wirtschaftlichen Aufwand und eine geringere Designfreiheit zur Folge. Die Verwendung des Spritzprägeverfahres trotz dieser Einschränkungen ist nur sinnvoll, wenn diesen ein Nutzen wie z. B. Minimierung des Werkzeuginnendrucks, bessere optische Eigen schaften, größeres erreichbares Fließweg/Wanddicken-Verhältnis etc. gegenübersteht.Due to the plunge edges necessary for the injection stamping are compared to the Injection molding requires more complex tools. On the one hand, this has a higher one economic effort and less design freedom. The usage the injection molding process despite these restrictions only makes sense if this a benefit such as B. minimization of mold cavity pressure, better optical properties the larger achievable flow path / wall thickness ratio etc.

Bei Formteilen mit Durchbrüchen steigt der zu betreibende Aufwand bei der Werk zeugtechnik für das Spritzprägen weiter stark an. Die Stege müssen sehr genau gefertigt werden und unterliegen einem höheren Verschleiß als z. B. bei einem Spritz gießwerkzeug. Wesentlich ist jedoch, daß es nicht möglich ist, reproduzierbar Form teile ohne Grate an den Durchbrüchen herzustellen. Deshalb müssen diese Formteile i.a. nachbearbeitet werden. Diese Gründe führen dazu, daß das Spritzgießen dem Spritzprägen bei Formteilen mit Durchbrüchen im allgemeinen vorgezogen wird.In the case of molded parts with openings, the work to be carried out at the factory increases die technology for injection molding continues to be strong. The webs must be very precise are manufactured and are subject to higher wear than z. B. with a spray casting tool. It is essential, however, that it is not possible to reproducibly form produce parts without burrs on the openings. That is why these molded parts i.a. be reworked. These reasons lead to the fact that the injection molding Injection molding is generally preferred for molded parts with openings.

Object of the invention

Hauptaufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, welche es ermöglichen, Formteile mit Durchbrüchen ohne Bindenähte mittels der Spritzprägetechnik herzustellen. Wichtige Teilaufgabe hierbei ist, daß durch die Erfindung Durchbrüche mit beliebiger Geometrie eingebracht werden können, die nicht in einem zusätzlichen Arbeitschritt nachbearbeitet werden müssen.The main object of the invention is to develop methods and devices which allow molded parts with openings without weld lines using the Manufacture injection molding technology. An important subtask here is that the Invention breakthroughs with any geometry that can not be introduced have to be reworked in an additional step.

Solution of the task

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und Vorrichtungen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by a method and devices with the features of Claim 1 solved.

Advantages of the invention

Die Erfindung hat im Vergleich aller bisher eingesetzten Produktionsverfahren für. Formteile mit Durchbrüchen die folgenden Vorteile:
The invention has compared to all previously used production processes for. Molded parts with openings have the following advantages:

- Manufacture using the injection stamping process:

- in contrast to injection molding, larger flow path / wall thickness ratios are possible,

- lower mold pressures and therefore lower clamping forces,

- with thin-walled molded parts, less tendency to shrink and warp,

- lower internal stresses and more even orientation along the flow path.
- Production of molded parts with openings in one operation:

- Subsequent processing for the production of breakthroughs is omitted,

a high degree of automation is possible in the production,

- very short manufacturing times per article and thus low manufacturing costs,

- a high degree of design freedom.
- Production of molded parts with openings without weld lines:

- no visual impairment, especially for molded parts in the field of vision,

- no mechanical weak points, especially with thin-walled molded parts.

Description of exemplary embodiments

Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Stellvertretend für die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Gehäuseformteil mit Durchbrüchen für z. B. eine Tastatur dargestellt. Es zeigenExemplary embodiments are shown in the drawings and are described below described in more detail. Representing the diverse applications of the The inventive method is a molded part with openings for z. Legs Keyboard shown. Show it

Fig. 2: Anwendungsbeispiel: Gehäuseformteil mit Durchbrüchen für z. B. Tastatur Fig. 2: Application example: molded housing part with openings for z. B. keyboard

Fig. 3: Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von bindenahtfreien Formteilen mit Durchbrüchen mittels Spritzprägetechnik. Fig. 3: Processes and devices for the production of weld seam-free molded parts with openings by means of injection stamping technology.

Example: Procedure

Grundsätzlich können beliebige Formteile mit Durchbrüchen durch das erfindungs gemäße Verfahren und die Vorrichtungen hergestellt werden.In principle, any molded parts with openings through the Invention appropriate procedures and devices are manufactured.

1) First, the mold cavity ( 2 ) of an injection mold ( 1 ) is partially or completely filled with plastic melt ( 3 ) via a sprue ( 4 ) by any injection molding process. It is important to ensure that the melt flows over the area of the openings and thus the piercing pins ( 5 ).
2) The embossing process then takes place. The embossing pha This also begins during the injection phase (simultaneous embossing).

Die Durchstoßstifte (5) sind so in die Kavität eingebaut, daß ihre Höhe (h) in der. Kavität größer als die Formteilwanddicke ist und sie so am Ende der Prägephase in die gegenüberliegende Werkzeugseite eintauchen. Das Eintauchen wird z. B. durch federgelagerte Gegenstifte (6) ermöglicht.The piercing pins ( 5 ) are installed in the cavity so that their height (h) in the. Cavity is larger than the wall thickness of the molded part and so, at the end of the stamping phase, immerse it in the opposite side of the tool. The immersion is done e.g. B. by spring-loaded counter pins ( 6 ).

Die Durchstoßstifte verdrängen bei dieser Bewegung den noch schmelzeförmigen Kunststoff. Das Eintauchen in die gegenüberliegende Werkzeughälfte sollte vorzugs weise vor Ende der Prägephase erfolgen, da zu diesem Zeitpunkt die Werkzeug innen drücke stark ansteigen. Die Durchstoßstifte, welche bei Bedarf mit Schneidkanten versehen sein können, verdrängen durch den Prägehub die Schmelze bzw. durch stoßen die eingefrorenen Randschichten, und drücken dabei Kunststoff, der nicht verdrängt werden konnte, in die gegenüberliegende Werkzeughälfte.During this movement, the piercing pins displace the still melt-like one Plastic. Immersion in the opposite half of the tool should be preferred wise before the end of the embossing phase, because at this point the tools are inside press rise sharply. The puncture pins, which if necessary with cutting edges can be provided, displacing the melt or through the embossing stroke bump the frozen edge layers, pressing plastic that doesn't could be displaced into the opposite tool half.

3) When demolding, the counter pins move back to their starting position and the plastic residues ( 8 ) can be removed. The puncture pins are pulled out of the molded part ( 7 ) again and thus release the openings.

Die Verfahrbewegung der Durchstoß- und Gegenstifte kann hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch (wie dargestellt durch Federn (9)) realisiert werden. The traversing movement of the puncture and counter pins can be realized hydraulically, pneumatically or mechanically (as shown by springs ( 9 )).

Reference list

11

Spritzgießwerkzeug
Injection mold

22nd

Formhohlraum
Mold cavity

33rd

Kunststoffschmelze
Plastic melt

44th

Anguß
Sprue

55

Durchstoßstift
Puncture pin

66

Gegenstift
Counter pin

77

Formteil
Molding

88th

Kunststoffreste
Plastic residues

99

Feder
feather

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Claims

1. Processes and devices for the production of weld lines without plastic parts with breakthroughs by means of injection molding technology, in contrast to conventional injection molding processes, in which the breakthroughs of a molded part are produced by flowing around cores, and thus bond seams are formed, characterized in that one or more breakthroughs of any geome trie, arbitrarily arranged in the component, are generated by using an injection molding process during the stamping process by

a) initially the mold cavity of an injection mold is partially filled with melt and during the subsequent embossing phase integrated devices (5) displace the melt and penetrate solidified plastic edge layers of the component and dip into the opposite tool wall by means of appropriate devices (9) by overflowing Devices around the flow and thus the formation of weld lines is largely avoided during the injection phase, or by
b) for the time being, the mold cavity of an injection mold is completely filled with melt and during the subsequent embossing phase integrated devices (5) displace the melt and penetrate solidified plastic edge layers of the component and penetrate through corresponding devices ( 6 ) into the opposite tool wall during the stamping process is made possible by displacing the melt into the sprue or a secondary cavity or by utilizing the volume shrinkage.

2. The method and devices according to claim 1, characterized in that the devices for forming the openings are firmly connected to the tool half and by the height h, which is greater than the later molding wall thickness is so protrude into the cavity that it during the injection phase and the breakthroughs during the embossing process and dew into the opposite half of the tool chen.

3. The method and devices according to claim 1, characterized in that the devices for forming the openings mechanically, pneumatically, electrically or hydraulically operated and preferred are installed flush with the cavity wall in the tool and thus actuated be that they only enter the melt after it has flowed over it and the Breakthroughs are generated during the embossing process and in the opposite Immerse the tool half.

4. The method and devices according to claim 1, characterized in that the devices for forming the openings provided with cutting edges for piercing the frozen edge layers are.

5. The method and devices according to claim 1, characterized in that the devices for forming the openings are carried out by externally operated moving parts and thus also in the con conventional injection molding can be used.